泡沫压裂液发泡剂效果实验评价

1、XX石油大学毕业设计（论文）泡沫压裂液发泡剂效果实验评价摘 要：泡沫技术在石油工业中获得了广泛的应用,解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难题。取得了较大的经济效益。泡沫压裂技术就是其中之一。本文选择了几种常用的发泡剂,应用Waring-Blender高速搅拌法，对它们的起泡能力进行比较。考察用量、温度、盐浓度对发泡剂起泡能力和稳定性的影响,优选出性能良好的单剂，利用选出的单剂进行复配，从而得到成本低、起泡性能好、稳定性好、抗温抗钙抗盐的发泡剂配方。并且，进一步实验了发泡剂配方在压裂液稠化剂中的稳泡效果。大量实验证实：复配配方的起泡性能和泡沫稳定性能优于单剂。通过单剂间的协同作用，从而使复配

2、后的发泡剂的抗温抗盐性能得到了提高。稳泡剂通过增强表面吸附分子间的相互作用和提高泡沫原液的液相粘度，可以明显延长泡沫的半衰期。关键词：泡沫;发泡剂; 泡沫压裂液;半衰期泡沫压裂液发泡剂效果实验评价 36 采油0X01XXFoam Blowing Agent Fracturing Fluid Experimental EvaluationAbstract：The foam technology has obtained the widespread application in the oil industry, solved the technological difficult proble

3、m that much routine homework can be solved in the past. Has obtained great economic efficiency . Foam fracturing technology is one of them. This text has selected several kinds of commonly used foaming agents, applying Waring-Blender method, compare their ability of bubbling. Inspection amount used,

4、 temperature, salinity to foaming agent frothing quality and stable influence optimized performance good foaming agent, Use foaming agent elected compounding, thus obtains the cost lowly, bubbles the performance well, the stability is good, the anti-warm anti- calcium anti-salt foaming agent formula

5、. And, further experimental formula in the foam fracturing fluid thickening agent stability bubble effect. A lot of experiments confirmed: Complex formulas foaming properties and foam stability is better than single-dose, adoption of a single dose of synergy, thus compounding the anti-foaming agent

6、to the temperature and salt to improve performance. Bubble stabilizers surface adsorption through enhanced interaction between the molecules and raising bubble liquid viscosity of the liquid, Bubble can significantly prolong the half-life. Key words：Foaming agent ;Halftime ;Petroleum ;Foam目 录1 绪论11.

7、1 研究的目的和意义11.2 泡沫压裂发泡剂国内外研究现状11.3 国内外泡沫压裂液发泡剂的差距21.4 本项目研究的主要内容32 泡沫理论42.1 泡沫的概念42.2 泡沫体系的组成42.3 泡沫的衰变62.4 泡沫的稳定性62.5 发泡剂的复配体系63 实验仪器与研究方法83.1 实验材料83.2 实验方法93.2.1 成泡机理93.2.2 配制溶液93.2.3 测定步骤94 发泡剂的评价104.1 发泡剂的起泡能力对比104.2 发泡剂最佳浓度的确定114.3 发泡剂的抗温性能134.4 发泡剂的抗盐性能154.4.1 常温下发泡剂抗盐性能154.4.2 常温下发泡剂抗氯化钙性能164.

8、4.3 常温下发泡剂抗钙镁性能174.5 小结175 发泡剂配方试验185.1 5#和11#的复配185.2 2#和3#的复配235.3 9#和2#的复配265.4 小结306 结论31参考文献32致谢331 绪论1.1 研究的目的和意义随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及采效率的要求越来越高。当常规方法生产的原油产量不断下降时，提高原油采收率将在资源利用方面发挥重要的作用。而泡沫技术就可达到保护油气层、提高采收率的目的。这项技术在国外石油工业中的应用是从上个世纪六十年代开始的,近年来发展很快，现已广泛应用于泡沫压裂增产工艺。由于泡沫流体的独特性能，解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难

9、题。取得了较大的经济效益。泡沫技术尤其是发泡剂技术本身也在大量的生产实践中不断得到改进而日臻完，为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔前景。泡沫是气体和液体混合组成的分散体系，气体分散于液体中即产生气泡。大量的气泡密集在一起则成为泡沫，它的结构形状与蜂窝相似。气相是分散相，液相是分散介质。就其本质而言，泡沫是热力学不稳定体系。液膜的排液和气体的扩散是导致泡沫破裂的原因。泡沫一旦破裂，液体的表面积大为减小。由于泡沫流体具有低密度、低滤失、低油层伤害和高粘度、高悬砂能力等突出优点，常被用于石油工业的泡沫压裂作业过程，因而发泡剂技术的使用受到人们越来越多的重视。一般常用阴离子型起泡剂如十二烷基苯磺酸

10、钠(ABS) 、十二烷基硫酸钠（SDS）等。但在广度上和深度上都显薄弱 ,难以满足实际应用的需要。为此，需要进一步研究盐浓度、温度、压力、原油的存在和表面活性剂的结构对泡沫性能的影响。在充分了解各种发泡剂特点及应用可行性的基础上，进一步完成泡沫压裂液的配制及应用，具有重要意义。1.2 泡沫压裂发泡剂国内外研究现状从80年代开始，泡沫压裂液发展呈现迅猛势头，由于其具有易返排、伤害小、携砂能力强等特点，特别适合于低压、水敏性储层，尤其是气藏。在压裂施工中部分取代了水基压裂液，应用正稳步增加，见图1-11。发泡剂是泡沫压裂技术的主要组成部分。国内外都对其进行了深入的研究。图1-1 压裂液类型发展趋势

11、1.2.1 国外研究概况及发展趋势在泡沫和发泡剂方面的研究，日本的伊滕光一研究了表面粘度对泡沫寿命的影响；美国的Friberg发现含有液晶相的溶液能产生较稳定的泡沫；Schick研究了一些添加物对泡沫稳定性的影响。21.2.2 国内研究概况及发展趋势在泡沫和发泡剂研究方面，刘迎清等研究了表面活性剂水溶液的起泡性；万里平等对泡沫流体稳定性机理进行了研究；王红武等对高稳定性泡沫发泡剂进行了研究；王其伟等做了泡沫稳定性改进剂研究；樊西惊研究了原油对泡沫稳定性的影响；刘永兵等研究了新型高效发泡剂及泡沫液体系；于书平等研究了酸性条件下泡沫的稳定性；周莉等研究了PEP与阴离子表面活性剂复配体系的泡沫性能；

12、李作锋等研究了表面活性剂混合体系的起泡性和泡沫的稳定性；伊忠等做了泡沫评价及发泡剂复配研究；王明梅等做了水基泡沫的稳定性评价技术及影响因素研究。21.3 国内外泡沫压裂液发泡剂的差距（1）发泡剂体系缺乏系列化国外泡沫压裂液体系针对不同储层特性和压裂工艺的要求，研制开发了与之相适应的抗盐、抗温、抗酸和抗油发泡剂体系，形成了不同的泡沫压裂液发泡剂；而国内仅有7类主要化学添加剂，泡沫压裂液体系系列化较差，可供选择范围小，难以完全满足压裂施工的需要。（2）同类发泡剂产品单一国外同一类发泡剂都包含适应不同条件的不同产品。而国内添加剂产品单一，适用于不同条件的同类发泡剂的多种产品均有待开发。（3）发泡剂性

13、能有待提高国内部分发泡剂性能达到或者部分达到国外同类产品性能，有待完善提高。因此，国内泡沫压裂液发泡剂的发展方向应为：改进发泡剂加工工艺，提高发泡剂性能，适用不同压裂施工的需要，研制新型发泡剂如新型抗温抗盐发泡剂、抗温抗油发泡剂等，开发可用于连续混配的发泡剂浓缩液，配套形成不同泡沫压裂液配方体系，满足对压裂液优质、低伤害、低成本的要求。31.4 本项目研究的主要内容（1）不同发泡剂的效果对比实验（2）温度对发泡剂起泡性及泡沫稳定性的影响（3）盐对发泡剂起泡性及泡沫稳定性的影响（4）复配体系在各种条件下的起泡性及泡沫稳定性评价（5）稳泡剂对泡沫特性的影响2 泡沫理论2.1 泡沫的概念泡沫是由不溶

14、性或微溶性的气体分散于液体中形成的分散物系，由液体薄膜包围着的气体就形成了单个气泡，而泡沫则是气泡的聚集体，其中气体是分散相，液体是连续相。纯液体是不能形成稳定性很高的泡沫，能形成稳定泡沫的液体必须有两个以上的组分。表面活性剂水溶液是典型的易产生泡沫的体系。本文所复配的发泡剂体系由发泡剂、稳泡剂等组成。42.2 泡沫体系的组成2.2.1 气相泡沫压裂液中泡沫流体，其气相多为空气、天然气、氮气、以及二氧化碳气。由于空气和天然气存在易燃、易爆等不安全因素，应尽量避免用于油、气井生产作业。此时，一般多采用氮气或二氧化碳气为气相。（1）氮气氮气虽然是一种惰性气体，但在高温下却可以和锂、钙、镁和氧化合。

15、氮气可以液化，浓缩成液氮。氮气所以能应用到石油工业原因是它的物理性能、化学性能适合，来源有保证，陈本较低。（2）二氧化碳CO2在酸中的溶解度比淡水低1.5%，CO2可溶于原油并降低油的粘度。CO2水溶液偏弱酸性，在油气储层内有防止铁沉淀和粘土膨胀的作用，CO2水溶液可部分溶解表面积大的伊利石粘土，从而减少由于微粒运移造成堵塞孔道的危险。2.2.2 液相液相一般由水（淡水、地层水或者盐水）、发泡剂、稳泡剂等组成。2.2.2.1 水淡水、地层水、盐水均可以用来配制泡沫。一般采用地层水来配制泡沫，其起泡体积或能力低于淡水配制的泡沫，地层水或盐水配制的泡沫有助于防止地层粘土膨胀。因此，淡水泡沫液相中常

16、加入氯化钾或有机抑制剂。为了增加泡沫稳定性，基液中常加入各种稳泡剂。2.2.2.2 发泡剂常用的发泡剂为表面活性剂。表面活性剂指的是凡是能在低浓度下吸附于体系得两相界面上，改变界面性质，显著降低界面张力，并通过改变体系界面状态，从而产生润湿与反润湿、乳化与反乳化、起泡与消泡、以及在较高浓度下产生增溶的物质。我们可以参照国际上对表面活性剂的分类方法对发泡剂进行分类。阴离子发泡剂此类发泡剂实质上就是阴离子表面活性剂，常用的阴离子表面活性剂有：十二烷基苯磺酸钠（ABS）、脂肪酸皂、椰子油烷基硫酸盐、脂肪醇醚硫酸钠（ES）、十二烷基硫酸钠（SDS）等。此类发泡剂的起泡能力高，价格适中且来源广，但缺点是

17、抗电解质能力差，因为其分子结构中一般含有SO3或SO²4，遇到Ca²生成沉淀，其起泡能力和稳定性都受到影响。阳离子发泡剂此类发泡剂实质就是阳离子表面活性剂，是由有机胺衍生出来的盐类。在水溶液中能解离出表面活性阳离子。此类发泡剂起泡能力适中，但由于来源少、价格高，从经济上考虑很少使用。非离子发泡剂此类发泡剂实质就是非离子表面活性剂，在水溶液中不解离为离子态，而是以分子或胶束态存在于溶液中，它的亲油基一般是烃链或者聚氧丙烯链，亲水基大部分是聚氧乙烯链、羟基或醚键等。 常用的非离子发泡剂的种类有：醚型OP系列、聚氧乙烯脂肪醇醚AEO系列、烷基氧化胺等。两性离子发泡剂此类发泡剂实质

18、就是两性离子表面活性剂，在水溶液中离解出的表面活性离子是一个既带有阳离子又带有阴离子的两性离子，而且此两性离子随着pH值变化而变化。通常在碱性条件下显阴离子性质，在等电点时显示出非离子性质，在酸性条件下显示出阳离子性质。两性发泡剂主要有：甜菜碱型等。此类发泡剂毒性低、生物降解好，但成本高，因而很少使用。聚合物发泡剂这类发泡剂是指那些分子量较大（分子量高达几千、几万甚至几百万），而且具有一定表面活性的物质。复合型发泡剂由于单一的阴离子发泡剂抗电解质能力差，对于高含钙或盐的地层，可将阴离子与阳离子复配、阴离子与非离子等复配形成复合型发泡剂，以增强发泡剂的抗电解质能力。使其可用于高含钙或盐的地层。5

19、2.2.2.3 稳泡剂稳定性是泡沫研究的核心问题。如果使用单一的发泡剂溶液，其起泡性虽然很好但半衰期一般都很短，不能满足现场上的需要。为了提高泡沫的稳定性，延长泡沫的寿命，可以加入稳泡剂。泡沫稳定剂的加入会使泡沫的稳定性得到较大提高。2.3 泡沫的衰变前面提过，泡沫是由许多单个气泡堆集起来的集合体，它们包含大小不同的气泡，而且泡与泡之间形成棱界面。泡沫的衰变主要是液膜的排液变薄和泡内气体的扩散所引起，当液膜减薄到5-10nm时，泡沫破裂。在泡沫形成的初期，液膜较厚，其排液主要是通过重力作用进行，即膜中液体受重力作用往下移，使气泡上部液膜变薄，最后导致破裂。在泡沫形成的中期，由于液膜较薄，排液主

20、要通过表面张力进行。62.4 泡沫的稳定性所谓泡沫的稳定性是指生成泡沫的持久性。泡沫具有非常大的气液界面面积，因此其表面自由能比较大，自由能具有自发减少的趋势，所以泡沫是热力学上的不稳定体系，泡沫会逐渐破灭，直至气液完全分离。但是在体系中加入一定量的辅助稳泡剂等物质，就可以获得性能良好的泡沫。2.4.1 评价稳定性的方法（1）泡沫溶液的表观粘度 决定泡沫稳定性的关键因素在于泡膜的机械强度，而液膜的机械强度主要取决于表面吸附膜的坚固性，实际上即以泡膜溶液的表观粘度为其量度。因此可用表观粘度表示泡沫的稳定性。表观粘度越大，表面吸附膜的强度越大，泡沫也就越稳定。（2）析出半衰期 起泡液析出一半所需时

21、间称为析液半衰期。它在一定程度上反映泡沫体系的稳定性，主要反映泡沫初期的排液速率。（3）泡沫半衰期泡沫消去一般所需要的时间称为泡沫半衰期，它也在一定程度上反映泡沫体系的稳定性，主要反映泡沫后期的泡沫消失速率。本文主要采用这种方法评价泡沫的稳定性。72.5 发泡剂的复配体系实际应用中很少用发泡剂的纯品，绝大多数场合以混合物形式使用。一方面由于经济上的原因，发泡剂的每一步提纯都会带来成本的大幅度增加。而更重要的原因是在实际应用中没有必要使用纯发泡剂，恰恰相反，经过复配的发泡剂具有比单一发泡剂更好的使用效果。发泡剂的复配是实际应用中的一个重要课题，通过发泡剂与添加剂以及不同种类发泡剂之间的复配，可望

22、达到以下目的：（1）提高发泡剂的性能。复配体系常常具有比单一发泡剂更优越的性能。（2）降低发泡剂的应用成本。一方面通过复配可降低发泡剂的总用量，另一方面利用价格低廉的发泡剂与成本较高的发泡剂复配，可降低成本较高的发泡剂组分的用量。 （3）减少发泡剂对生态环境的污染。首先，发泡剂用量的降低就等于减少了废物的排放，降低了对环境的污染。其次，对一些生物降解性能差的发泡剂，通复配可提高其生物降解性。3 实验仪器与研究方法3.1 实验材料3.1.1 主要实验设备、仪器、材料（1）数显搅拌器 广州IKa公司（2）养护箱（3）电子天平（量称500g、精度1%g）（4）秒表 上海秒表厂（5）药匙、橡皮手套、吸

23、取球（6）移液管 （7）250ml量筒(12个)（8）250ml输液瓶 (若干)（9）500ml烧杯3.1.2 主要试剂、药品（1）发泡剂1# 油气田用发泡剂 四川花语精细化工有限公司2# 十二烷基硫酸钠 天津市河东区红岩试剂厂3# 十二烷基苯磺酸钠 天津市河东区红岩试剂厂4# 起泡剂D1 中国地质大学5# 起泡剂D2 中国地质大学6# 起泡剂D3 中国地质大学7# 羟基磺基甜菜碱（DSB） 金陵石化研究院8# 羟基磺基甜菜碱（ASB） 金陵石化研究院9# 873发泡剂（38%） 四川花语精细化工有限公司10# CAB(35%) 金陵石化研究院11# AESA（70%） 浙江赞成科技有限公司1

24、2# OP-7 上海助剂厂（2）稳泡剂稳泡剂1# 广东省石油化工研究院XC胍胶CMC（低粘）HPAM（3）其他药品蒸馏水氯化钠（NaCl）含量不少于99.5% 西安化学试剂厂；氯化钙（CaCl2）含量不少于96.0% 中国·天津市巴斯夫化工有限公司3.2 实验方法评价表面活性剂的泡沫性能的方法很多，诸如DIN孔盘打击法、压气气流法、Ross-Miles法、API法和Waring Blender法等。目前还没有一种统一的普遍运用的标准方法。Waring Blender法是一种极为方便的评价泡沫性能的方法。它所用的药品少，试验周期短，使用条件不受限制，可作为标准评价方法之一。考虑到实验室

25、的条件和本论文的试验目的，试验中采用高速搅拌法。使用数显搅拌器，数显搅拌器额定转速分两档，I档1000r/min,II档2000r/min。83.2.1 成泡机理本实验配制泡沫采用搅拌发泡，用数显搅拌器高速搅拌起泡。其发泡原理是通过搅拌器叶轮在泡沫基液中高速旋转，空气进入基液而形成泡沫流体。该方式发泡速度快,效果好。3.2.2 配制溶液准确称取10g发泡剂，置于100ml容量瓶中，加入蒸馏水稀释至刻度。再分别吸取发泡剂标准溶液2ml、4ml、6ml、8ml、10ml，置于100ml量筒中，加蒸馏水稀释至100ml，配成百分比浓度为0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20等的溶

26、液。3.2.3 测定步骤在常温条件下 ,将配好的溶液倒入500ml烧杯中，使用数显搅拌器在I档下高速搅拌1分钟。迅速将泡沫倾倒于250ml或者500ml的量筒中记录泡沫体积V(ml)作为起泡能力，同时记时，待泡沫体积衰减到一半时再次记时，这段时间即为半衰期t½（min）,以此作为泡沫稳定性的量度。94 发泡剂的评价发泡剂是形成泡沫的必要组分，作为一种发泡剂，最重要的性能就是它的泡沫性能，发泡剂泡沫性能的好坏是能否用于泡沫体系的最重要的因素之一，包括其起泡能力和所产生泡沫的稳定性。但各种发泡剂的泡沫性能不一样，存在一定的差异。所以首先要对发泡剂的泡沫性能进行评价。由于泡沫压裂过程中要求

27、发泡剂具有尽可能高的起泡能力和泡沫稳定性，因此将从起泡能力和泡沫稳定性这两项指标来评价发泡剂的泡沫性能。4.1 发泡剂的起泡能力对比1# 油气田用发泡剂 四川花语精细化工有限公司2# 十二烷基硫酸钠 天津市河东区红岩试剂厂3# 十二烷基苯磺酸钠 天津市河东区红岩试剂厂4# 起泡剂D1 中国地质大学5# 起泡剂D2 中国地质大学6# 起泡剂D3 中国地质大学7# 羟基磺基甜菜碱（DSB） 金陵石化研究院8# 羟基磺基甜菜碱（ASB） 金陵石化研究院9# 873发泡剂（38%） 四川花语精细化工有限公司10# CAB(35%) 金陵石化研究院11# AESA（70%） 浙江赞成科技有限公司12#

28、OP-7 上海助剂厂表4-1 发泡剂的起泡能力对比（常温）发泡剂特征参数泡沫衰减过程描述泡沫体积/ml半衰期/min1#1101802#102274溶液略浑浊；上层泡沫逐渐变大破裂，呈蜂窝状3#71210搅拌后，溶液略浑浊；泡沫破裂形成白色絮凝物4#4499泡沫破裂均匀5#16478上层泡沫逐渐变大破裂，呈蜂窝状6#68187泡沫破裂过程中，上层泡沫变大，变稀疏7#40195泡沫破裂均匀8#71210泡沫破裂过程，上层泡沫变大，变稀疏，呈蜂窝状9#62127搅拌后，溶液略浑浊10#70149搅拌后，形成泡沫均匀细密；泡沫破裂大小不均匀11#74240形成泡沫均匀细密；上层泡沫变大破裂，呈蜂窝状

29、12#4074搅拌后，溶液略浑浊注：各发泡剂的质量分数均为0.30%。根据表4-1作图3-1，从图3-1可以看出：（1）发泡剂1#、2#、3#、5#、6#、8#、9#、10#和11#具有良好的起泡能力，其中1#、2#、3#、6#、8#、9#、10#和11#的泡沫稳定性较好。以发泡剂2#的性能最佳；（2）发泡剂4#、7#和12#的起泡能力较差。图4-1 发泡剂的起泡能力对比（常温）4.2 发泡剂最佳浓度的确定 在常温下，将各种发泡剂分别配成不同质量分数的溶液，考察其浓度对泡沫性能的影响，结果见表4-2。表4-2 不同质量分数下发泡剂起泡体积和半衰期比较（常温）发泡剂发泡剂质量分数/%0.200.

30、400.600.801.001.20#104/56103/56100/55102/76132/114102/102#128/164134/225118/217110/173102/164#60/12250/8496/6758/9258/160#46/23554/22452/22896/285112/250120/247#50/9170/15174/10190/84102/12088/120#54/27342/29284/28570/30986/286#40/17656/16854/180120/211110/20898/212#50/18970/17894/16288/13690/13286/

31、133#58/23090/257102/28698/254118/200118/248注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。图4-2(a) 不同质量分数下发泡剂起泡体积比较（常温）图4-2(b) 不同质量分数下发泡剂半衰期比较（常温）注：图中只列出了具有代表性的发泡剂由表4-2结合图4-2(a)和4-2(b)可以看出：（1）各种发泡剂的最佳起泡浓度为：1#1.00%，2#0.40%，3#0.60%，5#1.20%，6#1.00%，8#1.00%，9#0.80%，10#0.60%，11#0.80%；（2）当浓度达到一定值后，体积不再增加或增加趋势明显减慢；（3）随着发泡剂浓

32、度的增加，半衰期总的趋势是增长。当浓度达到一定值后，半衰期不再增加，或者开始降低。4.3 发泡剂的抗温性能发泡剂油田现场使用时要求具有一定的抗温性能，并且随着地层深度的增加抗温性能也要求更高。以各种发泡剂的最佳浓度配制成300ml溶液，将配好的溶液均匀分成3份注入到250ml输液瓶中，然后将输液瓶放入养护箱中，分别加温60、80、100。各个温度养护3个小时取出，冷却后在常温下高速搅拌起泡(1000r/min)，测量泡沫体积V/ml和半衰期t1/2/min。表4-3 发泡剂的抗温性能发泡剂浓度/%温度2560801001#1.00134/114254/80214/77124/732#0.401

33、34/305252/246250/126116/933#0.6096/67188/29190/46100/845#1.20120/274248/140204/142178/986#1.00102/120188/97176/11664/1418#1.0086/286190/88190/8392/629#0.80120/211268/123254/11092/9710#0.6094/162174/120192/12354/1211#0.8098/254254/124248/143202/155注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。图4-3(a) 温度对起泡体积的影响图4-3(

34、b) 温度对泡沫半衰期的影响图4-3(c) 温度对泡沫半衰期的影响从图4-3(a)和图4-3(b)、图4-3(c)可以看出：（1）发泡剂2#和8#在60下具有良好的起泡性能和稳泡性能。当温度超过80时，2#和8#的起泡体积和半衰期急剧降低，说明温度超过80时2#和8#被氧化；（2）发泡剂3#、5#、6#、9#和11#在温度低于100时具有较好的起泡性能和稳泡性能；（3）发泡剂1#和10#在温度大于60时的起泡性能和稳泡性能不理想。4.4 发泡剂的抗盐性能由于地层具有一定的矿化度，所以对将要用于地层压裂增产措施的发泡剂，还要对其抗盐性能进行评价，以决定其能否适用。发泡剂的抗盐性是油田使用的一个重

35、要指标。4.4.1 常温下发泡剂抗盐性能配制不同浓度的NaCl溶液，在配好的NaCl溶液中分别加入各种发泡剂达到各发泡剂的最佳浓度，常温高速搅拌起泡，测定常温时在不同NaCl质量分数下的起泡能力V(ml)和半衰期t1/2（min），结果如表4-4。表4-4 发泡剂抗盐性能（常温）发泡剂浓度NaCl质量分数/%0.501.001.502.002#0.40%228/56240/45246/41232/403#0.60%166/6484/75100/8178/725#1.20%156/180174/154178/137176/1316#1.00%184/104178/138176/143182/14

36、28#1.00%196/91186/91178/96184/949#0.80%222/68226/62228/49226/4611#0.80%242/119228/107230/101230/91注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。根据表4-4作图4-4如下:图4-4 NaCl对起泡体积的影响（常温）从图4-4可看出：（1）随着NaCl的加入，起泡体积均有不同程度的下降，发泡剂2#、9#和11#的抗盐性能最强；（2）发泡剂5#、6#和8#的起泡能力逊于前三种发泡剂；（3）发泡剂3#抗盐性能最差。下面再对这几种发泡剂的抗钙性能进行探讨。4.4.2 常温下发泡剂抗氯化钙性能

37、配制不同浓度的CaCl2溶液，在配好的CaCl2溶液中分别加入各种发泡剂达到各发泡剂的最佳浓度，常温高速搅拌起泡,测定常温时在不同CaCl2质量分数下的起泡体积V(ml)和半衰期t1/2（min）,结果如表4-5。表4-5 发泡剂抗盐CaCl2性能（常温）发泡剂浓度CaCl2质量分数/%0.100.200.400.602#0.40%24/1022/322/420/33#0.60%182/36122/4976/2576/405#1.20%176/119214/111186/96186/906#1.00%194/85192/79182/71180/668#1.00%186/82204/79202/

38、76204/719#0.80%204/96112/174127/190120/17011#0.80%236/107234/99244/94234/90注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。图4-5 CaCl2对起泡体积的影响（常温）由图4-5（根据表4-5起泡体积与CaCl2质量分数关系得图4-5）可以看出：（1）随着CaCl2的加入，起泡体积均有不同程度的下降；（2）发泡剂11#抗CaCl2性能最好，发泡剂5#、6#和8#抗CaCl2性能次之；（3）当CaCl2质量分数为0.20%时，发泡剂9#的起泡体积有较大下降，但仍然具有一定的抗CaCl2性能。发泡剂2#抗CaCl

39、2性能最差。4.4.3 常温下发泡剂抗钙镁性能发泡剂能否在油田现场应用的一个很重要的指标就是它的抗Ca²、Mg²性能。从表4-6可以看出，发泡剂5#、9#和11# 均有优良的抗Ca²、Mg²性能。表4-6 常温发泡剂抗Ca²、Mg²的性能发泡剂浓度特征参数泡沫衰减过程描述泡沫体积/ml半衰期/min2#0.40%3145加入后，溶液变为乳白色、浑浊3#0.60%2281加入后，溶液中有絮凝状沉淀5#1.20%71123上部泡沫较大，下部泡沫较小，相差很大6#1.00%54110上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀8#1.00%561

40、91上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀9#0.80%70168加入CaCl2 、MgCl2后，溶液少许浑浊11#0.80%92133上层泡沫较大，下层泡沫较小，各层较均匀实验条件：发泡剂加量：各发泡剂的最佳质量分数；硬水浓度：Ca²1000mg/l ，Mg² 1000 mg/l。4.5 小结通过上述实验分析得到：（1）发泡剂2#在温度低于80时，具有良好的起泡性能和泡沫稳定性能。发泡剂3#、5#、9#和11#在温度低于100时，具有良好的起泡性能和泡沫稳定性；（2）发泡剂5#、9#和11#抗盐性能，抗Ca²、Mg²离子性能最好；（3）发泡剂2#和3#

41、的抗盐性能不太理想。5 发泡剂配方试验发泡剂混合溶液的性质随体系组分的性质和数量关系而异。因此人们总是希望得到实用的最佳复配方案。在最近十年中，此类研究取得了新的进展。由第3章对发泡剂性能的研究，我们知道：5#、9#和11#具有抗温抗盐，发泡能力强，稳定性好等优点。2#和3#的起泡性能较好，但抗盐性能较差。5.1 11#和5#的复配几种发泡剂复配有可能得到比单一发泡剂效果更好的新的复配发泡剂。5.1.1 11#和5#复配比例的确定由于11#和5#均具有良好的抗盐性能，故在室温25时将两者按一定比例复配，加入到水溶液中，测定泡沫体积和半衰期。实验结果见表5-1。表5-1 复配发泡剂的起泡和稳泡能

42、力对比特征参数复配比例11121314413121泡沫体积/ml214236232210242228224半衰期/min154165123189186178198注： 11#和5#复配后的总含量均为：1.20%表5-2 复配发泡剂与单剂性能比较特征参数发泡剂复配发泡剂11#5#泡沫体积/ml242118120半衰期/min186248247从表5-1结合表5-2可以看出：（1）从复配后产生的泡沫体积和半衰期综合考虑，11#和5#的最佳复配比例为: 41；（2）通过与单剂比较，复配后的起泡能力是单剂两倍。虽然半衰期减小但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。5.1.2 11#、5#与其复配发泡剂抗

43、盐性能对比将11#和5#分别配成质量分数为1.20%的溶液；将11#和5#以41的比例复配（总含量为1.20%）。然后分别加入不同质量分数的NaCl、CaCl2，测定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。5.1.2.1 11#、5#与其复配发泡剂抗盐性能对比表5-3 5#、11#与其复配发泡剂抗盐性能对比发泡剂NaCl质量分数/%0.501.001.502.00复配发泡剂236/120232/129236/122231/11811#242/119228/107230/101230/915#156/180174/154178/134176/131注1：11#和5#复配后的总含量均为：1.20

44、%；注2：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。图5-1 复配发泡剂与单剂抗盐起泡性能对比图5-2 复配发泡剂与单剂抗盐泡沫稳定性对比发泡剂溶液的抗盐性能见图5-1和图5-2。从图中可以看出：（1）随着NaCl的加入，起泡体积均有不同程度的下降，复配发泡剂的抗盐性能优于单剂11#和5#；（2）随着NaCl质量分数的增加11#和5#的半衰期急剧衰减，但是复配发泡剂的稳定性变化不大，说明复配发泡剂生成的泡沫的质量有了很大提高。5.1.2.2 11#、5#与其复配发泡剂抗CaCl2性能对比各种发泡剂溶液的抗CaCl2性能见下表：表5-4 复配发泡剂抗CaCl2 性能特征参数CaCl

45、2 质量分数/%0.501.001.502.00泡沫体积/ml238236234236半衰期/min10710510391表5-5 单剂抗CaCl2 性能发泡剂CaCl2 质量分数/%0.100.200.400.605#176/119214/111186/96186/9011#236/107234/99244/94234/90注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。根据表5-4和表5-5作图5-3与图5-4：图5-3 CaCl2对起泡体积的影响（常温）图5-4 CaCl2对泡沫稳定性的影响（常温）从图5-3和图5-4可以看出：（1） 复配发泡剂的抗CaCl2性能优于发泡剂1

46、1#和5#；（2） 综合以上发泡剂的抗盐能力可知，11#和5#以41的比例复配的发泡剂抗盐能力最好，这主要是由于发泡剂5#和11#产生了协同作用，从而使复配后的发泡剂的抗盐性能的到了提高。5.1.3 11#、5#与其复配发泡剂的抗温性能表5-6 发泡剂抗温性能比较发泡剂25100起泡体积/ml半衰期/min起泡体积/ml半衰期/min复配发泡剂体系24218622015211#1182482021555#12024717898由表5-6可以看出，复配发泡剂体系在100下，仍具有良好的抗温性能。5.1.4 11#和5#复配发泡剂的稳泡性能为了进一步增强泡沫的稳定性，选择CMC(低粘)，XC和胍胶

47、作为稳泡剂，稳泡效果见表5-7。表5-7 复配发泡剂泡沫稳定性与稳泡剂含量的关系稳泡剂稳泡剂含量/%0.000.200.400.600.80CMC242/186206/213252/210218/253210/258XC242/186212/88208/120278/122234/136胍胶242/186180/120204/126170/11292/136注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。根据表5-7作图5-5：图5-5 泡沫稳定性与稳泡剂含量的关系由图5-5可以看出：（1）泡沫半衰期随着稳泡剂浓度的增大而增大，原因在于在发泡剂配制液中加入了高分子稳泡剂，提高了基液

48、粘度，一方面使气泡间的液膜不易流失，另一方面又使气体在液膜中的溶解度降低，从而使溶液起泡能力和泡沫半衰期增加；10（2）综合考虑稳泡剂对泡沫性能的影响，选择CMC(低粘)为稳泡剂。通过上述试验确定泡沫体系的配方为：AESA（0.96%）+起泡剂D2(0.24%)+ CMC。此配方的抗盐抗温性能较好。适应于具有一定矿化度的中深井的泡沫压裂施工。5.2 2#和3#的复配几种发泡剂复配有可能得到比单一发泡剂效果更好的新的复配发泡剂。2#溶液在盐和酸碱等条件下起泡能力和稳泡能力都相对较好，选择2#与3#进行复配。发泡剂配合使用时，两者配用比例比较关键。5.2.1 2#和3#复配比例的确定表5-8 复配

49、发泡剂的起泡和稳泡能力对比特征参数复配比例11121314413121泡沫体积/ml204192202176238220180半衰期/min64757656697845注：2#与3#复配后的总含量均为：0.60%。表5-9 2#、3#与其复配发泡剂起泡性能比较特征参数发泡剂复配发泡剂体系2#3#泡沫体积/ml23811896半衰期/min6921767由表5-8和表5-9可以看出：（1）当2#浓度为0.48%，2#和3#质量比为41时，复配发泡剂溶液起泡能力达到最大。确定发泡剂最佳复配比为2#（0.48%）+ 3#（0.12%）；（2）通过与单剂比较，复配后的起泡体积是单剂的两倍；虽然半衰期减

50、小，但在一个半衰期后的泡沫能力仍高于单剂。5.2.2 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比将2#和3#分别配成质量分数为0.60%的溶液；将2#和3#以41的比例复配（总含量为0.60%）。然后分别加入不同质量分数的NaCl、CaCl2，测定起泡能力V/ml和半衰期t1/2/min。5.2.2.1 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比表5-10 2#、3#与其复配发泡剂抗盐性能对比发泡剂NaCl质量分数/%0.501.001.502.002#+3#226/45234/47230/56234/622#228/56240/45246/41232/403#116/6484/75100/8178/72注：表内数字分子为起泡体积（mL），分母为半衰期（min）。图5-6 复配发泡剂与单剂抗盐起泡性能对比图5-7 复配发泡剂与单剂抗盐泡沫稳定性能对比由图5-6和图5-7可以看出： （1）随着NaCl质量分数的增加，发泡剂2#和3#产生泡沫的体积急剧下降，而复配发泡剂变化不大，仍保持在较高的水平；（2）随着NaCl质量分数的增加，发泡剂2#和3#的半衰期均呈下降趋势，而复配发泡剂的半衰期不降低反而升高，说明复配发泡剂的抗盐性能得到了提高。2#和3#均为阴离子